2016 Fiscal Year Annual Research Report
Farbrication of polar superstructures to develop new photovoltaic materials
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15H05426
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
中村 優男 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 上級研究員 (50525780)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 太陽電池 / 酸化物ヘテロ接合 / バルク光起電力効果 / 有機電荷移動錯体 / シフト電流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度は、LaFeO3/SrTiO3ヘテロ接合において、界面の極性不連続に誘起された分極状態がLaFeO3薄膜に発現していることを明らかにした。また、界面の終端面を変えることで光起電力の符号反転が起こるという、異常な光起電力効果の発現も見出した。今年度は、電子線ホログラフィー法を利用して接合界面の静電ポテンシャル分布を調べ、異常な光起電力効果の起源の解明を目指した。電子線ホログラフィー観察の結果、LaFeO3薄膜内部でポテンシャル勾配が存在しており、その向きは接合界面の終端面に依存していることが明らかになった。また、ポテンシャル勾配の向きは、光起電力効果の符号とは逆向きであることも判明した。以上の結果から、異常な光起電力効果の原因は、極性化したLaFeO3で発生するシフト電流であると結論された。シフト電流は結晶構造の空間反転対称性の破れた物質において量子力学的な効果で発現する光電流であり、太陽電池の新しい光電変換原理になり得ると期待されている。
そこで昨年度後半から、可視光照射で大きなシフト電流を発生する物質の有力候補として、強誘電性を示す有機電荷移動錯体の研究に着手した。tetrathiafulvalene-p-chloranil (TTF-CA)はその代表的な物質であり、そのバンドギャップは0.5 eVと強誘電体としては非常に小さい。TTF-CAの単結晶試料に疑似太陽光を照射すると、大きなゼロバイアス光電流が観測された。その光電流密度は既報の他の強誘電体に比べて数桁大きく、また0.6 eVから3.5 eV以上の広いスペクトル範囲で光電流応答が起きていることを明らかにした。以上より、TTF-CAが可視光に応答するシフト電流光電変換材料として優れた特性を持つこと示すことができた。
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| Research Progress Status |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Nonlinear electron-phonon coupling in doped manganites2017
Author(s)
V. Esposito, R. Mankowsky, M. Fechner, H. Lemke, M. Chollet, J.M. Glownia, M. Nakamura, M. Kawasaki, Y. Tokura, U. Staub, P. Beaud, and M. Forst
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Journal Title
Phys. Rev. Lett.
Volume: 印刷中
Pages: 印刷中
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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